Шпори та розриви, які можна побачити в зоряному потоці GD-1 Чумацького Шляху, можуть бути спричинені самовзаємодіючим субгало темної матерії. Нове дослідження вказує на те, що субгало темної матерії є архітектором унікальних утворень у зоряному потоці GD-1, потенційно змінюючи парадигми про поведінку темної матерії та її взаємодію в галактиках.
Розкриття таємниці GD-1
Можливо, фізики розгадали давню таємницю про зоряний потік GD-1, видатну та добре вивчену особливість галактичного ореолу Чумацького Шляху. GD-1, відомий своєю довгою, тонкою структурою та незвичайними шпорами та щілинами, роками спантеличив дослідників. Команда під керівництвом Хай-Бо Ю з Каліфорнійського університету в Ріверсайді припускає, що ці відмінні риси викликані субгало самовзаємодіючої темної матерії (SIDM), що руйнується в ядрі. Це субгало, щільний супутник темної матерії в галактичному гало, може пояснити своєрідні візерунки потоку.
Темна матерія та зоряна динаміка
Висновки, опубліковані 3 січня в The Astrophysical Journal Letters, дають нове уявлення про поведінку темної матерії та її роль у формуванні Всесвіту.
Зоряний потік — це група зірок, що спільно рухаються по спільній траєкторії. Розрив відноситься до локалізованої недостатньої щільності зірок уздовж потоку, тоді як відгалуження – це надмірна щільність зірок, що простягаються назовні від основного тіла потоку. Оскільки темна матерія керує рухом зоряних потоків, астрономи можуть використовувати їх для відстеження невидимої темної матерії в галактиці. Галактичне гало Чумацького Шляху, приблизно сферична область, що оточує галактику, містить темну матерію та простягається за межі видимого краю галактики.
Роль SIDM у галактичних явищах
Астрономи виявили, що особливості відгалужень і розривів зоряного потоку GD-1 не можна легко пояснити гравітаційним впливом відомих кульових скупчень або галактик-супутників Чумацького Шляху. Однак ці особливості можна пояснити невідомим об’єктом, що викликає збурення, таким як субгало. Але щільність об’єкта повинна бути значно вищою, ніж те, що передбачають традиційні субгало холодної темної матерії (CDM).
«Субгало CDM зазвичай не має достатньої щільності, необхідної для створення характерних особливостей, які спостерігаються в потоці GD-1», — пояснив Ю, професор фізики та астрономії. «Однак наше дослідження демонструє, що субгало SIDM, що руйнується, може досягти необхідної щільності. Таке компактне субгало було б достатньо щільним, щоб здійснювати гравітаційний вплив, необхідний для пояснення спостережуваних збурень у потоці GD-1».
Досягнення в дослідженні темної матерії
Вважається, що темна матерія, яку неможливо побачити безпосередньо, становить 85% матерії у Всесвіті. Його природа недостатньо вивчена. CDM, переважна теорія темної матерії, припускає, що частинки темної матерії не мають зіткнень. SIDM, теоретична форма темної матерії, передбачає самовзаємодію частинок темної матерії за допомогою нової темної сили. У своєму дослідженні Ю та його команда використовували чисельне моделювання, яке називається моделюванням N-тіла, щоб змоделювати поведінку колапсуючого субгало SIDM.
«Відкриття нашої команди пропонують нове пояснення спостережуваних шпор і розривів у GD-1, які довгий час вважалися вказівками на близьке зіткнення з щільним об’єктом», — сказав Ю. «У нашому сценарії збудником є субгало SIDM, яке порушує просторовий і швидкісний розподіл зірок у потоці та створює відмінні риси, які ми бачимо в зоряному потоці GD-1».
За словами Ю, відкриття також дозволяє зрозуміти природу самої темної матерії.
«Ця робота відкриває багатообіцяючий новий шлях для дослідження властивостей самовзаємодії темної матерії через зоряні потоки», — сказав він. «Це знаменує собою захоплюючий крок вперед у нашому розумінні темної матерії та динаміки Чумацького Шляху».